1. REACCIONES DE ÁCIDOS CARBOXÍLICOS
Angy M. Leira, Marco F. Ortiz
amlo_52@hotmail.com
Facultad De Ingeniería
Programa de Ingeniería Química
Octubre del 2013
Resumen
Se realizó un ensayo de reconocimiento y diferenciación de ácidos
carboxílicos y derivados, mediante propiedades físicas y reacciones
químicas especificas expuestas en el desarrollo de la práctica, de las
cuales se llevaron a cabo pruebas de Solubilidad, Acidez e Hidrolisis de
Amidas, dando como resultado que alguno de los compuestos utilizados
como el CH3COOH fue soluble en agua y en NaOH, en cambio el ácido
Benzoico fue insoluble en agua y soluble en NaOH; en la hidrolisis de
amidas, éstas se transformaron en ácidos carboxílicos produciendo
posteriormente su respetiva sal en medio básico y alcohol en medio
ácido.
Palabras claves: Hidrolisis de amidas, Reacciones de ácidos carboxílicos,
Anión carboxilato, Derivados de ácidos carboxílicos.
Introducción
Los ácidos carboxílicos constituyen la clase de ácidos más importantes. Los
ácidos carboxílicos se clasifican de acuerdo con el sustituyente unido al grupo
carboxilo. Un ácido alifático tiene un grupo alquilo unido al grupo carboxilo,
mientras que un ácido aromático tiene un grupo arilo. Un ácido carboxílico cede
protones por ruptura heterolítica de enlace O-H dando un protón y un ión
carboxilato. Los derivados de ácidos orgánicos se originan al reemplazar el
grupo–OH de la función carboxilo por otros grupos. Los ácidos carboxílicos son
compuestos polares, sus moléculas pueden formar enlaces de hidrógeno entre
sí y con el agua, por lo que en general son sustancias con temperaturas de
ebullición altas, considerando que los ácidos carboxílicos de bajo peso
molecular presentan solubilidad apreciable en el agua.1
Los ácidos carboxílicos no sólo son importantes por ellos mismos, sino también
porque sirven como materias de partida para la preparación de numerosos
derivados acílicos, como por ejemplo: ésteres, amidas, anhídridos, sales y
haluros de ácido. Debido a que el grupo funcional ácido carboxílico se relaciona
estructuralmente con cetonas y alcoholes, cabe esperar que algunas de sus
propiedades parezcan conocidas. Al igual que las cetonas, el carbono
carboxílico tiene hibridación sp2, por lo que éstos grupos son planares, con
2. ángulos de valencia de unos 120 grados. Como los alcoholes, los ácidos
carboxílicos están asociados fuertemente entre ellos por medio de enlaces de
H; lo que tiene un efecto notable sobre los puntos de ebullición, pues hace que
sean mucho más elevados que los que poseen los alcoholes correspondientes.
Los ácidos carboxílicos son una combinación entre un grupo carbonilo y otro
hidroxilo, que representa un estado de oxidación de un Carbono primario, que
sigue inmediatamente al aldehído. El resultado más patente de la combinación
de los dos grupos es un tremendo incremento de la acidez del hidroxilo.
Aunque la ionización está lejos de ser completa, el grupo carboxilo se ioniza
suficientemente en agua para volver rojo al tornasol. Los ácidos forman enlaces
de hidrógeno, incluso más fuertes que los de los alcoholes, debido a que sus
enlaces O-H están más fuertemente polarizados y el hidrógeno puente puede
unirse a un oxígeno carbonílico cargado mucho más negativamente, en lugar
de unirse al oxígeno de otro hidroxilo . Los ácidos carboxílicos en estado sólido,
líquido e incluso, en cierto grado, en estado de vapor, existen en forma de
dímeros cíclicos.
Figura 1: Indicador de pH
La solubilidad de los ácidos en agua es más o menos paralela a la de los
alcoholes, aminas y otros compuestos que pueden solvatarse con el agua con
formación de enlaces de hidrógeno. Los ácidos fórmico, acético, propiónico y
butírico son completamente miscibles con el agua, el isobutírico y el valeriánico
tienen solubilidad limitada, y los ácidos superiores son
prácticamente
insolubles en el agua. Los ácidos carboxílicos forman carboxilatos sódicos
solubles, por reacción con hidróxido sódico o bicarbonato sódico acuosos.
RCOOH + NaHCO3
RCOO-Na+ + CO2 + H2O
Las sales sódicas de los ácidos con 12 o más carbonos son sólo ligeramente
solubles en agua y se emplean como jabones. Las sales de los ácidos
carboxílicos tienen puntos de fusión elevados y baja solubilidad en los
disolventes orgánicos, como era de esperar.
3. Resultados y Discusión
Solubilidad y acidez
En dos tubos de ensayo se colocó: en el primero diez gotas de ácido acético,
en el segundo una pequeña cantidad de ácido benzoico. A los dos tubos se
agregó 2 mL de agua.
En el primer tubo de ácido acético con 2 mL de agua la prueba fue totalmente
soluble. La medida del pH estuvo entre 10 y 11.
Los ácidos carboxílicos tienen una parte hidrófila (la función CO 2H) y
otra hidrófoba (la cadena carbonada). Cuanto más larga es esta última menor
es la solubilidad en agua. Los ácidos de cadena corta pueden mezclarse con
agua en cualquier proporción porque el grupo CO2H se integra bien en la
complicada cadena tridimensional de los enlaces de hidrógeno formados por el
agua. En una función CO2H, el grupo OH puede actuar como aceptor y dador
de hidrógeno y el C=O como aceptor en la formación de enlaces de hidrógeno.
Dado que el ácido acético presenta una cadena carbonatada corta es de
esperarse que sea soluble en agua.2
Para el segundo tubo de ensayo que contenía acido benzoico y 2 mL de agua
la prueba mostró que era insoluble. Este último, se trató con 2 mL de una
mezcla de hidróxido de sodio al 10% por lo cual el ácido benzoico fue
totalmente soluble. La medida del pH estuvo entre 11 y 12.
El principal motivo por el cual el ácido benzoico no se disuelve en agua es
porque, a pesar de que el grupo de ácido carboxílico es polar, la mayor parte
de la molécula de ácido benzoico es no polar (el agua es polar). Es el grupo
carboxílico el único que llega a ser polar. Además, no hay estructuras internas
que favorezcan la estabilización del anión carboxilato, -COO-, sobre
carboxílico,-COOH. Por tanto, como el hidróxido de sodio es una base fuerte y
ayuda a las moléculas de ácido benzoico a desprotonarse. Como resultado,
más ácidos benzoicos tornan a los iones solubles en agua y esto hace que el
ácido benzoico sea soluble en la solución acuosa de hidróxido de sodio.
Ensayo de clasificación
En cuatro tubos de ensayo se colocó respectivamente, cinco gotas de ácido
acético al primero, se adicionó una pequeña cantidad de ácido benzoico al
segundo, una pequeña cantidad de fenol, al tercero y una pequeña cantidad de
β-naftol al cuarto. Posteriormente, se agregó a cada tubo 2 mL de solución de
NaOH al 15%.
En el primer tubo que contenía ácido acético al adicionar 2 mL de la
solución fue totalmente soluble. Se trata de una reacción ácido-base en
la que se produce una neutralización. La reacción es:
CH3COOH + NaOH
CH3COONa + H2O
Al segundo tubo de ensayo, la pequeña cantidad de ácido benzoico con
2 mL de la solución, la mezcla fue parcialmente soluble y fue una
4. reacción exotérmica. Aunque la solución acuosa de bicarbonato de sodio
es ligeramente básica, no es lo suficientemente fuerte para desprotonar
suficientes moléculas de ácido benzoico para disolverlo. En
consecuencia, el ácido benzoico es parcialmente soluble en una
solución de bicarbonato de sodio acuoso.3
En el tercer tubo de ensayo con fenol y 2 mL de la solución la mezcla
fue insoluble. Dado que el bicarbonato presenta un ácido más débil que
el ácido carbónico no se presenta reacción entre el fenol y el bicarbonato
de sodio
Al cuarto tubo de ensayo con β-naftol y 2 mL de la solución la mezcla fue
insoluble pues también es un fenol.
Fue Con NaOH, y debes explicar por qué es y no es soluble. No sólo son
resultados, también discusión En el resumen hice una corrección, entonces
parte de este trabajo.
Hidrolisis de amidas
Hidrólisis básica
En un tubo de ensayo se adicionó una pequeña cantidad de acetamida y
posteriormente se agregó 1 mL de NaOH al 10% se calentó hasta ebullición en
un tiempo aproximado de 20 minutos, el olor que presento fue de amónico
concentrado fuerte e intenso no presento cambios de color, la medida del pH
se presentó entre 8 y 9.
La hidrólisis básica de las amidas produce una sal de ácido orgánico y
amoníaco o aminas, según el tipo de amida; para este caso se formó el ácido
muriático.
Figura 2: reacción de hidrólisis básica
Hidrólisis ácida
En un tubo de ensayo se adicionó una pequeña cantidad de acetamida y
posteriormente se agregó 1 mL de H2SO4 al 10% se calentó hasta ebullición en
un tiempo aproximado de 20 minutos el olor que presento fue de amónico
suave y leve no hubo cambios en la coloración de la mezcla, la medida del pH
estuvo entre 2 y 3.
La hidrólisis ácida de las amidas primarias produce ácido orgánico libre y una
sal de amonio, la cual, en este caso corresponde a la sal de sulfato de amonio.
Las amidas secundarias y terciarias producen el correspondiente ácido y una
sal de amonio cuaternario.4
5. Figura 3: Reacción de hidrolisis acida
Hidrólisis de ésteres: (saponificación)
Se colocó 0.5 g de grasa en un tubo de ensayo. Se agregó 3 mL de NaOH al
25% y 3 mL de metanol. Se calentó a baño de agua durante 20 minutos
agitando constantemente para disolver la grasa. A simple vista no se observó
cambio alguno cuando agregamos el hidróxido de sodio y el metanol, cuando
procedimos con el baño de agua caliente la grasa se disolvió formando dos
capas una transparente en el parte inferior y otra con coloración amarilla en la
parte superior.
La hidrólisis de ésteres ocurre cuando un nucleófilo, como el agua o el ion
hidroxilo, ataca el carbono del grupo carbonilo del éster. En una base acuosa,
los iones hidroxilo son mejores nucleófilos que las moléculas polares del agua.
Para los ésteres, resultado de la condensación de un ácido carboxílico y
un alcohol, se obtiene igual el ácido y el alcohol.5
O
H3C
+ NaOH Saponificación H3C O- + CH3OH
+
Hidrolisis
O CH3
O Na
Figura 4. Reacción de hidrolisis de ésteres
Preguntas
1. De los derivados de ácido, ¿por qué las amidas son los compuestos
menos reactivos hacia un ataque nucleofílico?
R// Las amidas son menos reactivas que los cloruros de ácidos, los anhídridos
y los ésteres, porque el Nitrógeno es menos electronegativo que el Cloro y que
el Oxígeno. Estos átomos unidos directamente al Carbono del grupo
carbonílico al ser electronegativos le quitan densidad electrónica y así facilitan
un ataque nucleofílico. Además, para una sustitución nucleofílica, es bueno que
el grupo saliente sea menos básico, y esa condición la cumplen mejor los
cloruros de ácido, los anhídridos y los ésteres, cuyos grupos salientes serán el
Cloruro, un ácido o un alcohol, que son todos menos básicos que una amina,
que será el grupo saliente en el caso de una amida.
2. ¿Cómo es la disociación del acetato de sodio en agua (parcial o total),
el pH de esta solución será básico o ácido? Explicar con reacciones.
R// La disociación es total, debido a que las sales provenientes de ácidos
carboxílicos, son sales fuertes y solubles en agua, lo cual al disociarse generan
sus bases conjugadas (Ion Acetato), que cuando se hidroliza actúa como una
base aceptando un protón del agua; formando su ácido conjugado y el ion
hidroxilo (base conjugada).
El pH de esta solución será básico, como se muestra en la siguiente reacción:
